海洋环境：如何平衡人类对金属的需求和对环境的影响


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人类减少对化石燃料依赖的过程需要数十亿公斤的金属，例如一台风力涡轮机就包含了超过1吨的铜，而电动汽车的电池则需要大量的钴、镍和锰。如今，这些金属大多来自陆地矿藏，开采的代价往往有森林砍伐、水污染和人权受到侵犯。但深海海底的金属宝库也许很快可以提供另一种金属来源。
尽管公司们已经关注这一可能性几十年了，但工程上的挑战和不景气的经济形势使得深海采矿仍在勘探阶段。此外，还缺少国际性的规则来管理这个新兴行业。但这种情况很快就会得到改变：联合国特许的国际海底管理局（International Seabed Authority, ISA）正在最后确定在国际水域进行商业开采深海金属的条例。这些条例可能在一年内就会出台。设定标准的内在压力在于如何平衡金属生产带来的经济利益和其对环境的潜在破环。
支持者表示，深海采矿可以避免一些开采陆地矿藏的弊端并降低可再生技术的成本。但是一些科学家警告说，不要过快地从勘探阶段进入开采阶段，因为我们对深海环境及其支持的生命都知之甚少。“总体来说，我认为我们现在不可能客观地评估深海采矿会涉及的所有风险，”Jeff Drazen说，“这是地球上人类认识得最少的生态系统。”他是夏威夷大学马诺阿分校的海洋生物学家。
深海有极具诱惑的奖赏
对深海矿物的（探究）兴趣主要集中于一种特定资源：多金属结核。这些土豆大小的沉积物富含锰、铜、钴和镍。Antje Boetius是德国不来梅马普海洋微生物研究所的海洋生物学家，据她的观点，随着溶解态金属以有机物作为核心（通常是古代鲨鱼的牙齿），沉淀在其周围，多金属结核经历了数百万年的时间才形成。她说，这些结核在全球许多地区的海底都有分布。在从夏威夷延伸到墨西哥的广阔的深海平原，即克拉里昂-克利帕顿断裂区（Clarion-Clipperton Zone, CCZ），多金属结核的数量尤其丰富。仅这一区域多金属结核的镍、钴含量超过了陆上所有已知的储量。
这些结核通常在海底以下三公里处，开采它们仍然是一个理论设想，尽管大多数开采计划都描绘了一个类似的方案，即首先用翻斗车大小的收集车在海底搜寻含有结核的沉积物。然后，一个垂直的升流管会将这些物质运送到装有分拣设备的船上，这些船会挑选出可利用的结核，并将不需要的沉淀物冲回海洋。
但这种采矿方法必然会扰乱海洋环境，改变深海生态系统，而科学家们仍在努力了解深海生态系统。2016年《自然》上的一项研究表明，研究人员发现7个新物种（其中4个代表了新的属）生活在克拉里昂-克利帕顿区的结核矿床中。“此外还有数以百万计的物种还有待研究，”Lisa Levin说。她是斯克里普斯海洋研究所的海洋生物学家，她没有参与这项研究。
未知的成本/代价
尽管研究人员拼凑了这些深海生态系统的基本情况，但最近的研究试图认识深海采矿对它们的影响。Boetius和她的同事今年四月发表在《科学进展》的研究表明，收集车可以对海底产生长期的物理和生物影响。她的团队重新调研了秘鲁盆地的一个地点，研究人员曾于1989年在这里用一艘船拖着装有刀片的犁在海底留下切割轨迹，以模拟海底收集车的影响。几十年后的重访发现，犁沟清晰可见。起初，“我们完全惊呆了，”Boetius说。但她解释道，在深海的稳定环境中，水的流动微弱、沉积物的沉降速率低，一个区域的自我恢复需要花费比浅水或陆地上长得多的时间。（同时，）在这些旧轨迹上，微生物量比附近的未开垦区域少30%。蠕虫和海参等动物的数量也有减少。“当沉积物被如此压紧，生物不能再进入了，”Boetius说。“我们的实验确实表明，这样的物理过程将阻止动物和微生物返回这些栖息区域重新繁衍。”


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深海采矿可能不止有对海底的影响。从分拣船向海中冲回沉淀物时形成的羽状流体就像是阳光照射下倒立在海洋表面下的大烟囱。科学家估计，一个多金属结核矿的作业每天就能倒回5万立方米的沉积物海水，这足以装满10艘固特异（Goodyear）飞船。但是麻省理工学院的机械工程师Thomas Peacock通过计算机模型和现场试验研究了这些羽状流体的行为，他发现湍流会稀释这些流体，使得海水的沉积物浓度迅速回到背景值水平。
Drazen说，即使海水的沉积物浓度仅有微小变化，深海生物也会受到伤害。比如浮游生物和水母，它们是在几乎没有沉积物的海水中进化而来的。大多数此类生物通过过滤海水中的微小有机颗粒来获取食物。如果置身于含有沉积物的羽状海水流体中，“它们将要面对1吨的泥浆，”他说。“这可能会使得它们的滤食系统被堵住，或者让它们从劣质食物中筛选出优质食物。”
今年6月发表在《美国国家科学院院刊》的一篇经过同行评议的论文中，Drazen和十几位合作作者强调了采矿对深海水域构成的这种风险以及其他的风险。作者们还警告说，这种做法可能会干扰动物之间的交流，例如沉积物在升流管中的咯咯声所造成的噪声污染会干扰鲸鱼和其他鲸类的声信号；而倒回的含有沉积物的羽状流体可以遮盖乌贼和水母等生物在海洋深处的黑暗中使用的生物发光信号。“这些动物只是一闪一闪的，”Drazen说。驾驶潜水艇穿过它们就像“穿过星星。”
如何前进
虽然Drazen和其他人已经确定了深海采矿可能对深海生物造成的某些危害，但是他们还不能确定危害究竟有多大，一方面可用的信息仍然匮乏，另一方面这个行业还处于初级阶段。这种不确定性促使许多科学家采取预防措施。不能因为开采陆地矿藏有弊端就轻率地决定发展深海采矿，Diva Amon说。“我们实际上是在破坏一个我们还不了解的生态系统。”她是伦敦自然历史博物馆的海洋生物学家。非盈利组织保护国际（Conservation International）等呼吁10年内暂停推进深海采矿，以便给科学家和决策者更多时间调研潜在的环境危害。
但另一些人则将这一新兴行业视为一种道义需求，因为金属在利用可再生能源技术减缓全球变暖中有着关键作用，同时还要考虑到现有陆地采矿活动产生的相关环境成本和社会成本。“当我开始关注陆地矿藏开采的足迹，它们令我震惊，”Gregory Stone说。他是深绿公司（DeepGreen）的首席海洋科学家，该矿业公司签订了在克拉里昂-克利帕顿区进行勘探的协议。他指出，有时发生的工人致死的问题以及雇佣童工的违法问题，往往与陆地开采钴等矿物有关。有了深海采矿，“人类对地球系统的破坏会小得多，”Stone认为。他补充道，在商业开采之前进行多年的环境评估将有助于最大程度地减少其带来的危害，这也是国际海底管理局可以在最终规定中要求的。例如，可以通过禁止开采环境最脆弱的区域。


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根据其秘书长Michael Lodge的书面声明，国际海底管理局通过在克拉里昂-克利帕顿区增加的科学研究，来确定保护海洋环境所需的最佳措施，于此同时该组织创建了第一份深海开采开发规范。他说，如果国际海底管理局的所有168个成员（167个国家加上欧盟）都同意，那么这些规定将被采纳。今年夏天，由于COVID-19的影响，该组织的年度会议被推迟，但这些规定可能会在明年通过。Lodge并没有详细说明对于每一种研究人员目前已知的潜在环境危害可能采取的监管措施。但他表示，该规范“将包含具体条款，以确保有效保护海洋环境、海洋生物多样性、人类健康和安全，以及公平享有财务效益和其他经济利益。”*
来自工业、学术界和环保部门的科学家们正密切关注着国际海底管理局的工作。Boetius表示，最近几年，国际海底管理局已经开展了生物保护的研讨会，涉及到从细菌到章鱼等生物。“（监管）体系比20年前更加生态友好，更关注环保，”她说。Boetius和其他人或机构已经提供专家参与意见，以帮助确保有足够的环境预防措施，其中包括一个叫深海管理倡议（Deep-Ocean Stewardship Initiative）的国际网络。“法规的起草已经取得了巨大进展，”与该网络合作的Amon说。“但还有很多事情要做。”
Levin对此表示同意，并提出了一个问题，即最终定稿的国际海底管理局规则中有多少是强制性的，而不仅仅是推荐性的。“目前，许多环境因素只是引导性的，” 她说。Levin没有呼吁暂停深海采矿，但她表示，她并不完全相信进行深海采矿的必要性，她认为这不会简单地取代对陆地矿藏的开采。“几乎可以肯定的是，这将会增加（金属的来源），”Levin说。她还指出，今后对金属的回收再利用和产品寿命的改进可能会减少对原生金属新来源的需求。“我最关心的问题是，‘我们真的需要来自海底的矿物吗?’”
作者：Daniel Ackerman，驻马萨诸塞州波士顿的一名科学记者。
翻译：黄灏
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
引进链接：https://www.scientificamerican.com/article/deep-sea-mining-how-to-balance-need-for-metals-with-ecological-impacts1/


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